一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统及方法

技术领域

本公开涉及电磁兼容测试的技术领域，具体涉及一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统及方法。

背景技术

随着电子电气设备，尤其是K波段设备的普及，各类电子设备在实际应用时均处在复杂的电磁环境中，系统电磁不兼容的问题时有发生。为了充分暴露并解决系统的电磁兼容问题，通常通过构建EMC（Electromagnetic Compatibility，电磁兼容性）测试系统，依靠EMC测试系统对待测设备形成外部射频电磁环境，模拟电子设备应用时的电磁背景环境。

目前传统的EMC测试系统聚焦方式采用介质透镜天线或抛物面天线，使用馈源（如喇叭天线）照射介质透镜，基于几何光学法设计介质表面曲率，使从透镜不同位置入射的波同相到达焦点，实现近场聚焦，在目标区域生成测试场强及焦斑，采用透镜天线聚焦，系统剖面较高，辐射效率、口径效率和功率容量相对较低，而采用抛物面天线聚焦则存在体积大、重量重，焦点位置固定、不易调整的缺陷。

且实际应用时，在一个设备的测试过程中，通常需要在不同位置的若干个目标区域生成测试场强，可通过移动待测设备使测试系统对准目标区域，对于飞机等体积大、移动不便的待测设备，也可通过移动测试系统来实现与目标区域的对齐，在目前实际操作中，多依靠人工判断并移动待测设备或测试系统，这种方式存在一定的人为主观误差，且频繁移动待测设备或测试系统，给测试过程带来不便，降低了测试效率和测试结果的准确性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统及方法。本公开的测试系统可便于移动，且可实现小角度范围内的波束出射角度调节，可降低测试系统移动频次，有助于提高测试效率和测试结果的准确性，简化测试过程的操作，并具有结构紧凑、体积小、便于移动的优点。

本公开所述的一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统，包括移动平台以及设置在所述移动平台上的主控模块、功放模块和发射阵列，所述主控模块、功放模块和发射阵列按序级联：所述发射阵列在水平面上的波束出射角度可调，可调角度范围为

获取需要生成测试场强及焦斑的目标区域在水平面上的位置，所述主控模块根据测试系统的当前位置，结合波束出射的可调角度范围

优选地，定义所述可调角度范围

优选地，所述小型化可移动K波段宽带辐射测试系统还包括调节模块，以水平面为X-Y平面，竖直方向为Z向建立空间直角坐标系，所述调节模块具有可绕X-Z轴及Y-Z轴两向翻转的运动自由度，所述发射阵列与所述功放模块相连接，所述功放模块通过所述调节模块与所述移动平台相连接，以使所述发射阵列具有X-Z、Y-Z的两向转动自由度。

优选地，测试系统采用有源相控阵体制，所述发射阵列包括多个呈矩形分布的喇叭天线，所述功放模块与所述发射阵列之间通过口径转换组件连接，所述口径转换组件与所述发射阵列呈一体式结构。

优选地，所述小型化可移动K波段宽带辐射测试系统还包括：

报警模块，其与所述主控模块电连接；

供电模块，其分别与所述主控模块、所述功放模块、所述发射模块及所述报警模块电连接，用于供电。

优选地，所述小型化可移动K波段宽带辐射测试系统还包括：

动力模块，其与所述移动平台联动，用于带动所述移动平台运动，所述主控模块与所述动力模块信号连接，所述主控模块根据目标区域在水平面上的位置，控制所述动力模块，将所述移动平台移动至与目标区域相对应的位置。

本公开的一种K波段宽带辐射测试方法，应用如上所述的测试系统，包括以下步骤：

获取需要生成测试场强及焦斑的目标区域在水平面上的位置，将测试系统移动至待测设备的旁侧，根据测试系统的当前位置，结合波束出射的可调角度范围

优选地，当至少存在两个需要生成测试场强及焦斑的目标区域时，所述K波段宽带辐射测试方法包括以下步骤：

S01、获取目标区域在水平面上的位置；

S02、根据目标区域在水平面上的位置，确定起始测试位置，当测试系统移动至所述起始测试位置时，至少存在一个目标区域位于测试系统的波束出射可覆盖范围内；

S03、将测试系统移动至所述起始测试位置，使测试系统的波束出射方向指向范围内的目标区域；

S04、启动测试系统，在目标区域生成测试场强及焦斑对待测设备进行测试，待当前目标区域的测试完成后进入步骤S05；

S05、定义所述可调角度范围

S06、根据未测试的目标区域，将测试系统移动至下一测试位置，重复步骤S04、S05，直至所有目标区域均完成至少一次测试，测试过程完成。

优选地，步骤S02中，设存在

优选地，步骤S06中，根据未测试的目标区域，使用贪心算法确定下一测试位置，根据测试系统的当前位置的位置信息及所确定的下一测试位置的位置信息进行路径规划，根据所规划的路径，令测试系统移动至下一测试位置。

本公开所述的一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统及方法，其优点在于，本公开通过设置发射阵列在水平面上的波束出射角度可调，使得系统可实现小角度范围内的波束出射角度调节，当下一个目标区域与测试系统当前位置的角度间隔较小，即下一个目标区域位于测试系统的波束出射可覆盖范围内时，可通过调节波束出射角度，改变生成的测试场强和焦斑的位置，在下一个目标区域处生成测试场强和焦斑，由此无需移动测试系统即可在不同位置生成测试场强和焦斑，可降低系统移动频次，有助于提高测试效率和测试结果的准确性，简化测试过程的操作，并具有结构紧凑、体积小、便于移动的优点。

附图说明

图1是本实施例所述一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统的立体图；

图2是本实施例所述一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统的后视图；

图3是本实施例所述一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统的原理图；

图4是本实施例所述K波段宽带辐射测试方法的步骤流程图；

图5是本实施例所述K波段宽带辐射测试方法的测试状态图之一；

图6是本实施例所述K波段宽带辐射测试方法的测试状态图之二；

图7是本实施例所述K波段宽带辐射测试方法的测试状态图之三；

图8是本实施例所述K波段宽带辐射测试方法的测试状态图之四。

附图标记说明：1-移动平台，2-主控模块，3-功放模块，4-发射阵列，5-调节模块，6-供电模块，7-报警模块。

具体实施方式

如图1-图3所示，本公开所述的一种小型化可移动K波段宽带辐射测试系统，包括移动平台1以及设置在移动平台1上的主控模块2、功放模块3和发射阵列4。主控模块2、功放模块3和发射阵列4按序级联，发射阵列4在水平面上的波束出射角度可调，可调角度范围为

本实施例的测试系统在执行测试任务时，获取需要生成测试场强及焦斑的目标区域在水平面上的位置，主控模块2根据测试系统的当前所在位置，结合波束出射的可调角度范围

在实际测试时，判断测试系统在当前位置，是否存在待测试的目标区域位于波束出射可覆盖范围内，若是则对位于范围内的目标区域进行测试，即根据目标区域与测试系统当前位置的角度差，调节发射阵列4的波束出射角度，令出射波束指向目标区域进而在该目标区域生成测试场强及焦斑，对该目标区域进行测试，若该波束出射可覆盖范围内不存在需测试的目标区域，则输出判断结果，如输出“请移动测试系统”的提示，提示操作人员移动测试系统至其他待测的目标区域处。

进一步的，为了实现对目标区域是否位于波束出射可覆盖范围内的准确判断，并便于实现自动化判断，降低人为主观判断的影响，本实施例中，定义测试系统出射波束的可调角度范围

具体的测试过程如下：

测试系统在当前位置且正对状态下波束指向的区域为

进一步的，本实施例中，详细如图1所示，所述小型化可移动K波段宽带辐射测试系统还包括调节模块5，以水平面为X-Y平面，竖直方向为Z向建立空间直角坐标系，调节模块5具有可绕X-Z轴及Y-Z轴两向翻转的运动自由度，所述发射阵列4与所述功放模块3相连接，所述功放模块3通过所述调节模块5与所述移动平台1相连接，以使所述发射阵列4具有X-Z、Y-Z的两向转动自由度，在具体的实施例中，调节模块5包括一个二轴转台，二轴转台分别为极化轴和俯仰轴，以水平面为X-Y平面，垂直于发射阵列4出射端面的方向为X方向，则极化轴与X方向同向，使得末端的发射阵列4可绕X轴，沿Y-Z方向转动，可将极化轴的行程范围限制为0°~90°，0°对应水平极化状态，90°则对应垂直极化状态，由此可通过机械结构实现对垂直极化和水平极化的切换，极化纯度高且降低了系统控制方面的复杂度，便于实现。

另一方面，本实施例还通过俯仰轴实现对发射阵列4俯仰角度，也即X-Z方向的调节，行程范围可设置为-25°~0°，可提高系统使用的灵活性。

测试系统采用有源相控阵体制，有源阵列的形式，易于实现小型化，在空间进行功率合成以实现满足要求的均匀场强，即距离天线1m处场强不小于590V/m，同时3dB场强焦斑直径不小于0.4m。

相控阵体制，可以通过改变幅度相位差值调节波束中心出射的指向角度，进而实现波束赋形，由此可以实现在水平面上对波束出射角度的调节，而无需整体移动测试系统。

发射阵列4包括多个呈矩形分布的喇叭天线，所述功放模块3与所述发射阵列4之间通过口径转换组件连接，所述口径转换组件与所述发射阵列4呈一体式结构。

进一步的，所述小型化可移动K波段宽带辐射测试系统还包括：

报警模块7，其与所述主控模块2电连接；

供电模块6，其分别与所述主控模块2、所述功放模块3、所述发射模块及所述报警模块7电连接，用于供电；

动力模块，其与所述移动平台1联动，用于带动所述移动平台1运动，所述主控模块2与所述动力模块信号连接，所述主控模块2根据目标区域在水平面上的位置，控制所述动力模块，将所述移动平台1移动至与目标区域相对应的位置。

在具体的实施例中，主控模块2、功放模块3和供电模块6通常集成为主控机箱、功放机箱和电源机箱的形式。

如图1所示，从左到右，发射阵列4位于最左端，与功放机箱固定，发射阵列4与功放机箱的射频端口通过射频电缆连接，功放机箱右端与调节模块5固定，报警模块7可以为警示灯和/或蜂鸣器，固定在功放机箱上，可以为折叠伸缩结构，功放机箱下端连接有两根水冷管，用于对功放模块3进行水冷降温。

如图2所示为测试系统的背面结构，最上面为面板，具有预留空间，预留外部信号源安装位置，第二层至第四层自上而下依次为电源机箱、伺服机箱和主控机箱，最下方为承托移动的移动平台1，由此可以通过移动平台1来带动测试系统整体移动。

电源机箱具有输入输出端口，电压输入为AC380V（50Hz），电压输出为DC+24V为报警模块7供电、DC+20V和DC+12V分别为功放模块3和主控模块2供电。

主控模块2为系统控制核心，根据使用需求，通过主控模块2的控制面板设置参数，控制功放开关机，下发调节模块5指令等，具体为下发极化角度调节指令或者俯仰角调节指令，由伺服机箱内的伺服电机转动带动二轴转台对应的转轴转动，进而实现对极化角度和俯仰角的自动化调节。

具体而言，调节模块5带动功放机箱及末端的发射阵列4，可以实现上下俯仰转动，行程范围为-25°~0°，也可以实现极化角度调节，转动范围为0°~90°，当位于0°位置时，发射阵列4为水平极化，当位于45°时，发射阵列4为45°极化，当位于90°时，发射阵列4为垂直极化。由此可实现极化角度可调，满足不同极化场景电磁敏感性测试需求。

请详细参阅图3，功放模块3主要包括幅相控制和功率监测模块、末级模块，幅相控制和功率监测主要对末级模块输出的射频信号幅度相位进行控制加权，从而实现波束赋形，同时对末级模块输出的射频信号进行检波监测。

末级模块主要包括T组件、1分2功分器、耦合器、衰减器和检波器，1分2功分器将输入的射频信号等功分，输出2路等幅等相的射频信号，然后分别馈入2个T组件，T组件是4通道功率放大器，且各通道具备独立的数字移相器和数字衰减器，耦合器将T组件输出的射频信号耦合输出，衰减器将耦合输出功率控制在可检波范围，检波器对耦合输出的射频信号进行检波，输出可以被AD采集的功率模拟信号。

发射天线阵列与口径转化组件为一体化设计，发射天线阵列具体是方位俯仰成8*8矩形分布的喇叭天线阵列，单位间距为18.75mm，阵面尺寸为150mm*150mm。

口径转换组件两侧是射频信号输入端，左侧和右侧各有32个SMA射频输入端口，口径转换组件共将64个SMA射频端口转换为波导射频端口。喇叭天线阵列采用波导口馈电，口径转换的波导射频输出端口直接和喇叭天线阵列的波导口连接，口径转换后将功放机箱输出大口径到天线阵列馈电小口径的转换，同时完成同轴馈电到波导馈电的转换。

动力模块可以选用现有自动车辆中的驱动模块，如AGV小车的自动驱动模块，通常包含驱动单元和转向单元等，用于根据输入的位置信息自动移动至目标区域，具体到本实施例中，可以根据目标区域的位置，人工输入或是自动生成测试点位，采集测试系统的位置信息，根据测试点位和测试系统的当前位置信息规划路径，然后通过动力模块控制移动平台1移动，进而令测试系统移动至测试点位处，实现测试系统的自动移动，进一步减少测试过程中的人工劳动，并能使测试过程中测试人员无需靠近测试系统，避免辐射对测试人员造成伤害。

详细如图3所示，本实施例的小型化可移动K波段宽带辐射测试系统的原理如下所述：

主控机箱的前级模块接收外部馈入的K波段信号，进行初步放大后输出，馈入功放机箱。馈入功放机箱的射频信号首先被1分8功分器等8功分，输出8路等幅等相的射频信号，该8路信号分别馈入功放机箱的8个输入端口。功放机箱的8个输入端口对应功放机箱内的8个末级模块。以其中一个末级模块为例，射频信号馈入末级模块时，再被1分2功分器等功分，输出2路等幅等相射频信号。该信号分别馈入2个T组件。T组件内射频信号被4等功分后分别进行相位调制、幅度调制、放大，最后1个T组件输出4路功率不低于39dBm的射频信号，且4路信号的幅度相位由幅相控制和功率监测模块控制，可以是按某种规律分布的差异信号。每个T组件有1路通道输出端口接耦合器，耦合器耦合输出该通道射频信号，经衰减、检波后被幅相控制和功率监测模块采集，对该T组件工作状态进行监测。从图3可以看出，功放机箱总共输出64路射频信号，然后全部馈入发射阵列4。且64路射频信号幅度相位独立可控，根据波束指向公式：

；

其中，

本实施例提出的一种小型化可移动K波段宽带辐射系统，经仿真和测试，工作频带为K波段，波段内距离天线1m处能形成的均值场强不小于590V/m，同时3dB场强焦斑的直径不小于0.4m。

本实施例还提供了一种K波段宽带辐射测试方法，应用如上所述的测试系统，包括以下步骤：

获取需要生成测试场强及焦斑的目标区域在水平面上的位置，将测试系统移动至待测设备的旁侧，根据测试系统的当前位置，结合波束出射的可调角度范围

更具体的，至少存在两个需要生成测试场强及焦斑的目标区域时，所述K波段宽带辐射测试方法包括以下步骤：

S01、获取目标区域在水平面上的位置；

S02、根据目标区域在水平面上的位置，确定起始测试位置，当测试系统移动至所述起始测试位置时，至少存在一个目标区域位于测试系统的波束出射可覆盖范围内；

S03、将测试系统移动至所述起始测试位置，使测试系统的波束出射方向指向范围内的目标区域；

S04、启动测试系统，在目标区域生成测试场强及焦斑对待测设备进行测试，待当前目标区域的测试完成后进入步骤S05；

S05、定义所述可调角度范围

S06、根据未测试的目标区域，将测试系统移动至下一测试位置，重复步骤S04、S05，直至所有目标区域均完成至少一次测试，测试过程完成。

图4示出了一种较简单的测试过程的步骤流程图，即待测设备仅有两个需测试的目标区域，分别定义为目标区域

上述示出了一种较简单的电磁兼容性测试过程，更具体的，如图5-图8所示，待测对象为飞机，需测试的目标区域共四个，其中三个集中位于机头位置，另一个位于一侧的机翼位置，分别定义为区域A、B、C、D，设可调角度范围

如前所述的，将测试系统移动至波束指向目标区域

，即目标区域D位于测试系统当前位置的波束出射可覆盖范围之外，因此需要移动测试系统，将测试系统移动至正对着目标区域D的位置，对目标区域D进行测试，待目标区域D测试完成后，全部目标区域均完成一次测试，测试过程结束。

更进一步的，步骤S02中，设存在

步骤S06中，根据未测试的目标区域，使用贪心算法确定下一测试位置，具体的，采用解决区间覆盖问题的贪心算法来选取下一测试位置，沿着起始测试位置顺时针或逆时针的方向，以每个目标区域正对的测试位置作为预选点，也即贪心算法中的区间中点，以可调角度范围

更具体的，根据测试系统的当前位置的位置信息及所确定的下一测试位置的位置信息进行路径规划，根据所规划的路径，令测试系统移动至下一测试位置，在具体的实施例中，以待测设备的几何中心为圆心，根据测试系统的参数以及测试要求，在待测设备外围一定间距做圆，所有测试位置均位于该圆上，在测试时待测设备外围保持空旷无障碍物，因此测试系统的移动路径规划较为简单，可根据当前位置的位置信息与下一测试位置的位置信息进行直线路径规划，然后通过动力模块驱动测试系统移动至下一测试位置即可，本步骤可实现测试系统移动路径的自动规划，可进一步简化人工操作，提高测试效率。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。